Chapitre.II-E-2: Développement des Angiospermes.
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I - Le développement végétatif à l’interface sol-air.
1°) Localisation des zones de croissance au sein d’un organisme angiosperme. a- Les zones de croissance apicale et les méristèmes primaires.
Méristèmes primaires et croissance en longueur de la plante L’élongation cellulaire dans les zones apicales.
b- Les zones de croissance en épaisseur et les méristèmes secondaires.
2°) Mérèse et croissance: exemple du méristème apical caulinaire. a- Localisation et organisation fonctionnelle du méristème caulinaire.
Zonation du méristème en fonction de l’activité mitotique. Zonation du méristème en fonction de l’orientation des mitoses. Zonation en fonction du devenir des cellules
b- Fonctionnement du méristème caulinaire. Activité organogène : initiation de nouvelles feuilles. Entretien du méristème. Fonctionnement rythmique du méristème. Détermination de la position des feuilles sur la tige (phyllotaxie)
c- Bilan: le lignage cellulaire dans la tige feuillée.
3°) Auxèse et croissance: les effets de l’auxine. a- Un allongement faisant intervenir deux phénomènes b- Un allongement orienté par la disposition des microfibrilles préexistantes. c- Un allongement contrôlé par l’auxine.
Etude expérimentale. Action directe de l’auxine (action à court terme : temps de latence de quelques min à 10 min) Action de l’auxine sur l’expression des gènes (action à long terme : temps de latence de 2 à 3 heures)
4°) Le contrôle du développement: cas des facteurs biotiques du milieu
Mise en place des ectomycorhizes et modification du développement racinaire
II- Le développement de l’appareil reproducteur.
1°) La transformation du méristème apical caulinaire en méristème reproducteur: exemple d’Arabidopsis thaliana.
2°) Les différentes étapes de la mise à fleur.
3°) Le contrôle génétique de la mise à fleur. a- Intervention d’une cascade de gènes. b- le contrôle génétique de l’identité des organes floraux.
Etablissement du modèle ABC Le modèle plus récent ABCE
4°) Action des facteurs environnementaux et rythme saisonnier de la floraison. a- le phénomène de vernalisation
Etude de l’exemple du blé Besoins de vernalisation de différentes espèces Mécanismes de la vernalisation
b- L’influence de la photopériode. Etude expérimentale des effets de la photopériode Des exigences variées suivant les espèces Mécanismes du photopériodisme
Chapitre.II-E-2: Développement des Angiospermes.
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES - ICONOGRAPHIQUES
- Taiz et Zeiger. Plant physiologie; Ed. SINAUER - Raven et coll. Biologie végétale; Ed. DE BOECK - Beaux et coll. Biologie tout en un BCPST2; Ed DUNOD - Robert et coll. La reproduction; Ed DUNOD - Meyer et coll., Botanique; Ed. MALOINE - Clos et Coll. Biologie des organismes tome 3; Ed. ELLIPSES
Développement végétatif à l’interface sol/air Le développement végétatif met en place un organisme vivant à l’interface entre le sol et l’air. Les zones apicales comprennent des zones de division (mérèse) et de croissance cellulaire (auxèse). Le fonctionnement de l’apex caulinaire, responsable d’une croissance indéfinie des organes aériens, détermine en outre la position des différents organes aériens.
- repérer les zones de croissance au niveau d’un organisme angiosperme ; - présenter l’implication de deux mécanismes cellulaires (mérèse et auxèse) dans la
croissance ; - décrire l’organisation du méristème apical caulinaire végétatif et la relier à la mise en place d’organes et de tissus ;
- expliquer les effets de l’auxine dans le contrôle de l’auxèse ; Seules sont exigibles les connaissances portant sur le méristème apical caulinaire. Le contrôle du développement végétatif, la voie de transduction et les mécanismes moléculaires de transport de l’auxine ne sont pas au programme.
Les facteurs biotiques et abiotiques du milieu influent sur le développement, et participent à l’adaptation à la vie fixée.
- Attribuer à des influences biotiques des modifications du développement ; on se limite à un des exemples vus en TP (mycorhize, nodosité) sans détailler les mécanismes ;
- L’influence des facteurs abiotiques n’est abordée qu’à partir du développement reproducteur.
Développement de l'appareil reproducteur Le développement reproductif met en place la fleur par transition du méristème apical caulinaire en méristème reproducteur, inflorescentiel ou floral. Le développement floral et l’identité des organes floraux sont déterminés par des gènes, dont certains, comme chez les animaux, sont des gènes homéotiques, et impliquent des activations en cascade.
- décrire l’évolution du méristème apical caulinaire végétatif en un méristème floral produisant des organes floraux ; - identifier l’implication de certains gènes contrôlant cette transition en montrant leur caractère homéotique ;
- présenter un modèle de contrôle génétique de la détermination de l'identité des organes floraux ;
- Limite : seul l’exemple des fonctions ABCE dans le modèle Arabidopsis est étudié ; la nomenclature des gènes impliqués n’est pas exigible.
Dans les milieux tempérés, cette transition s’effectue en lien avec des facteurs environnementaux.
- présenter l’action de facteurs environnementaux contrôlant le rythme saisonnier de la floraison ; On se limite à un exemple de l'effet de la vernalisation et de la photopériode.
- présenter l’existence d’un relai hormonal ; - Le détail des hormones intervenant dans la floraison et leur mécanisme d’action ne sont
pas exigibles.
Bourgeon terminal
Bourgeon axillaire
Noeud
Entrenoeud
Poils absorbants
Racines latérales
phytomère: unité végétative mise en place par le méristème apical caulinaire
Développem
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es1
A- Localisation des zones de
croissance sur une plante théorique.
SF
(cf en dessous)
B- Mise en évidence de la zone d’élongation de la racine.
Savoir expliquer
paroi + membrane plasmique
plasmodesme
vacuole
mitochondrie
chloroplaste
dictyosome de l’appareil de
Golgi
réticulum endoplasmique
rugueux
paroi fine+ membrane plasmique
noyau
noyau
plaste non différencié (proplaste)
vacuome fragmenté
vacuole
noyau
plaste non différencié (proplaste)
Cellule différenciée: cellule du parenchyme palissadique
(100 µm)
Cellule méristématique primaire (20µm)
Cellule méristématique secondaire (100 à 140 µm de longueur)
Développem
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es2
C- Comparaison cellules méristématiques - cellule
différenciée. SF
mitochondrie
Point végétatif: méristème caulinaire
Primordium foliaire
Ebauche foliaire
Jeune feuille (tous les tissus sont différenciés)
Ecaille protectrice
Ebauche de bourgeon
Jeune bourgeon axillaire
Tigeembryonnaire
Coupe longitudinaled’un bourgeon de Lilas
Point végétatif: méristème caulinaire
Ebauche foliaire
Primordium foliaire
Coupe transversaled’un bourgeon
P: primordium foliaire
zone de mise en place de P3
Zone où la concentration en
inhibiteurs est la plus faible et où la
concentration en auxine est la plus élevée
diffusion des inhibiteurs
prélèvement d’auxine
Développem
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es3D- Structure d’un bourgeon écailleux. SF
E- Contrôle de la mise en place des primordiums foliaires. SF
La mise en place d’un nouveau primordium foliaire serait sous la dépendance: - de signaux chimiques inhibiteurs produits par les
primordiums précédents. Ainsi aucun primordium ne peut se développer à proximité des primordiums précédents car le taux d’inhibiteurs est trop important.
- de l’auxine. Chaque nouveau primordium qui se forme est un puits à auxine, donc à son voisinage, la quantité d’auxine est trop faible pour permettre le développement d’un nouveau primordium
Dôme apical large entre deux ébauches foliaires fn
Mitoses périclines dans les zones latéralescréant un bombement à l’origine des primordiums des feuilles fn+2
- Poursuite des divisions: production d’ébauches foliaires fn+2-Mise en place du procambium dans les ébauches foliaires- Méristème extrêmement réduit- Mitoses anticlines permettant la reconstitution du dôme méristématique- A l’aisselle des ébauches foliaires de rang n, formation d’un massif cellulaire à l’origine des bourgeons axillaires
Reconstitution du dôme méristématique
Feuillefn
Feuillefn+2
Feuillefn
Dôme méristématique
Zone apicale axiale
Anneau initial
Zone centrale = méristème médullaire
Mise en place des feuillesdans l’Erable sycomore
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F- Fonctionnement périodique du méristème d’Erable Sycomore. SF
Microfibrille decellulose
hémicellulose
TRACTION
Comportement élastique de la paroi (sans rupture des liaisons entre ses constituants)
TRACTION
Action d’hydrolases
Expansine
Expansine
Pression
Comportement plastique de la paroi (exemple de la rupture des liaisons entre cellulose et hémicellulose)
courbe verte : l’échantillon est traité par de l’auxine (AIA) ; sa croissance est stimulée après un temps de latence de 15 à 20 minutes.
courbe rouge : l’échantillon est traité par de l'auxine puis par du vanadate (inhibiteur des pompes à protons); la croissance stimulée par l'auxine est inhibée.
courbe bleue : l’échantillon est traité par de l'auxine puis par du vanadate puis par un pH acide ; la croissance reprend brutalement.
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es5
G- Mécanismes permettant l’augmentation de la plasticité pariétale. SF schéma du bas
H- Rôle de l’auxine sur l’élongation cellulaire. SF
Expériences réalisées sur des hypocotyles de soja
Augmentation de la pressionde turgescence
Gène activéEnzymes de synthèse de la paroi Pompes à protons
Pompe à protons
Augmentation de la plasticité pariétale
K+ Eau H+
PAROI
VACUOLE
NOYAU
CYTOPLASME
ATP ADP
Modification de pH Activation d’expansines
destruction des liaisons H entre les constituants
de la paroi
Activation d’hydrolases
hydrolyse des hémicelluloses
H+
Modification de l’expression de l’information génétique
AUXINE: Action à court terme
AUXINE: Action à long terme
Action directe de l’auxine (action à court terme : temps de latence de quelques min à 10 min)
- Elle provoque l’acidification de la paroi, en stimulant au niveau de la membrane plasmique des pompes à protons qui rejettent H+ dans la paroi. Cette acidification augmente la plasticité de la paroi. - La sortie de protons facilite l’entrée d’ions K+ accompagnée d’une entrée d’eau ce qui augmente la turgescence cellulaire.
Action de l’auxine sur l’expression des gènes (action à long terme : temps de latence de 2 à 3 heures)
- L’auxine modifie les synthèses protéiques de la cellule. Elle active entre autres, l’expression des gènes codant les enzymes de synthèse d’une nouvelle paroi. Elle activerait aussi les gènes codant les pompes à protons membranaires, ce qui augmenterait l’efflux de protons.
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es6
I- Mode d’action de l’auxine sur l’élongation cellulaire. SF
J- Courbe dose-réponse de l’auxine. SF
- En fait, dans le milieu naturel, seules les jeunes plantes présentent une zone pilifère développée. Très rapidement, les racines établissent des associa<ons symbio<ques avec des filaments mycéliens de champignons. Ces associa<ons sont appelées mycorhizes. Les racines mycorhizées ne présentent plus de poils absorbants., elles présentent généralement des racines latérales courtes et trapues. - Les filaments mycéliens qui partent de la racine augmentent la surface d'absorp<on et facilitent l'absorp<on de certains minéraux peu disponibles tels que le phosphate. - Des substrats organiques produits par la plante sont fournis au champignon.
K- Présentation générale des ectomycorhizes. Savoir expliquer
SF
SF
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-Génome de petite taille:5 chromosomesL’un des plus petits génomes connus chez les plantes 100-145 Mpb/génome haploïdeRiz: 440 MpbChou: 600 MpbMaïs: 2500 MpbBlé: 16000 Mpb
-Cycle de vie court : 2 mois
-Autofécondation possible et plante très prolifique (20 graines par silique et plusieurs centaines de siliques par plante)
-Possibilité de faire des plantes transgéniques-Plante de la famille des Brassicacées comme plusieurs plantes d’intérêt agronomique (colza)
Diagramme floral
Ensemble des pièces stériles = Périanthe
Ensemble des pièces fertiles mâles=
androcée
Ensemble des pièces fertiles femelles= Gynécée ou pistil
Ensemble des sépales= calice
Ensemble des pétales= corolle
4 sépales libres 4 pétales libres 4 grandes étamines 2 petites
- 2 carpelles soudés avec une fausse cloison - Placentation pariétale
L- Arabidopsis thaliana : Une plante -modèle
0,2 cm
2 cm
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Organisation de la fleur d’Arabidopsis thaliana. SF
Organisation de l’inflorescence. SF
inflorescence primaire de type grappe
inflorescence secondaire de type grappe
fleur
bractée inflorescentielle
feuilles en rosette
gènes d’intégration des signaux externes et internes
de floraison
gènes d’identité du méristème floral ou du
méristème inflorescentiel
gènes d’identité des organes floraux
gènes réalisateurs
INDUCTION FLORALE (signal de floraison envoyé
au méristème végétatif)
EVOCATION FORALE (réorganisation du
méristème végétatif)
INITIATION FORALE (mise en place des ébauches
de pièces florales)
FLORAISON (développement des pièces florales, épanouissement de
la fleur)
signaux de l’environnement ou contrôles endogènes
(photopériode, température, maturité du plant)
L1
L2
L3
Zone apicale axiale
Anneau initial
zone centrale
primordium foliaire
ébauche foliaire
Meristème apical caulinaire
primordium foliaire
futur méristème inflorescentiel
méristème inflorescentiel
méristème floral 2
Bouton floral mis en place à partir d’un méristème
floral 1
Ebauches de pièces florales
M- Les différentes étapes de la mise à fleur et les gènes impliqués. SF
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Type de fleur V1 V2 V3 V4 schéma de la fleur avant
éclosionNom des gènes pouvant
être affectés
Fleur sauvage
Se Pe Et Ca
Mutant classe A
-apetala1 (AP1) -apetala2 (AP2)
Mutant classe B -apetala3 (AP3)
-pistillata (PI)
Mutant classe C -agamaous (AG)
carpelles soudésétamines
pétales
sépales
N- Analyse de mutants chez Arabidopsis thaliana. SF le tableau
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es10
O- Organisation des protéines du modèle ABC: exemple d’AGAMOUS.
P- Modèle d’interaction entre les produits des gènes de classe ABCDE.
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es11
#
domaine de fixa<on à une séquence
régulatrice en cis, spécifique
domaine d’oligomérisa<on et d’interac<on avec
d’autres cofacteursséquences régulatrices en cis
facteur ac<f en trans
plante de Jour Long (JL)
plante de Jour Court (JC)
+
-
+
+
-
-
+
-
-
-
+
+
RC
RC RS
RC RS RC
RC RS RSRC
durée critique de la nuit
période éclairée
période sombreRC: flash de lumière rouge clair (660 nm)RS: flash de lumière rouge sombre (730 nm)
Q- Traitements lumineux et floraison des plantes de jours coutre et de jours longs. SF
R- Principe de fonctionnement du phytochrome. SF
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période de sensibilité à la lumière du système contrôlant la floraison
cache (JC) JL
Plante de JC maintenue en JL sauf au niveau du cache. RESULTAT: floraison de l’ensemble de la plante
cache (JC) JL
greffe
Expérience de greffe entre deux plantes de jours courts RESULTAT: floraison des deux plantes
S- Modèle structural des deux formes du phytochrome.
T- Etude expérimentale de la transmission de l’information photopériodique. SF
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